Wo die Schichten liegen
Ein Niederspannungskabel kann direkt vom Leiter zur Isolierung und zum Mantel übergehen. Ein Mittelspannungskabel nach IEC 60502-2 kann das nicht, weil die elektrische Beanspruchung seiner Isolierung weit höher ist. Die Referenzkonstruktion auf unserer Seite zu Mittelspannungskabeln, ein Kabel 8,7/15 kV Cu/XLPE/CTS/PVC 3x95 mm2 aus dem Katalog eines Partnerwerks, zeigt die übliche Reihenfolge für jede Ader:
- Verdichteter Kupferleiter.
- Innere Leitschicht: eine extrudierte halbleitende Schicht direkt über dem Leiter.
- XLPE-Isolierung, beim Referenzmodell 4,5 mm.
- Äußere Leitschicht: eine extrudierte halbleitende Schicht über der Isolierung.
- Kupferbandschirm, die metallische Schicht, die geerdet wird.
Die drei Adern werden dann mit Füllern und einer Haltewendel unter einem PVC-Mantel verseilt, beim Referenzmodell etwa 61 mm Außendurchmesser. Die beiden halbleitenden Schichten sind Gegenstand dieses Beitrags. Sie bestehen aus mit Ruß gefüllten Compounds, leiten also, aber weit schlechter als Metall, daher „halbleitend“. Sie tragen wenig zu Durchmesser oder Gewicht bei, sind aber der Ort, an dem sich der größte Teil der Elektrotechnik eines Mittelspannungskabels abspielt.
Was die innere Leitschicht leistet
Ein mehrdrähtiger Leiter ist kein glatter Zylinder. Selbst ein verdichteter Leiter hat kleine Rillen, wo die Drähte aufeinandertreffen. Würde XLPE direkt darauf extrudiert, konzentrierte sich das elektrische Feld an jeder Rille und an jedem winzigen Spalt zwischen Draht und Isolierung. Bei Mittelspannung reichen diese Konzentrationen aus, um Luft in mikroskopischen Hohlräumen zu ionisieren, was Teilentladung ist, und Teilentladung trägt die Isolierung langsam ab.
Die innere Leitschicht füllt die Rillen und bietet der Isolierung eine glatte, runde, leitfähige Oberfläche. Da sie auf Leiterpotenzial liegt und spaltfrei mit dem XLPE verbunden ist, beginnt das Feld an einer glatten Oberfläche und verteilt sich gleichmäßig durch die Isolierung. Verdichtete Leiter, behandelt im Beitrag zu verdichteten Leitern, helfen zusätzlich, weil sie die Spalten verringern, die die Leitschicht füllen muss.
Was die äußere Leitschicht leistet
An der Außenseite der Isolierung tritt dasselbe Problem in umgekehrter Richtung auf. Der metallische Schirm besteht aus Band oder Drähten, die nicht perfekt auf der XLPE-Oberfläche aufliegen können. Die äußere Leitschicht gibt der Außenseite der Isolierung eine glatte, durchgehende leitfähige Oberfläche, die vom darüberliegenden metallischen Schirm auf Erdpotenzial gehalten wird. Das Feld ist dann zwischen zwei glatten, konzentrischen leitfähigen Oberflächen eingeschlossen, der idealen Geometrie für ein Kabel.
Die äußere Leitschicht ist auch an Muffen und Endverschlüssen wichtig. Monteure setzen sie an einem genauen Punkt ab und bringen dort eine Feldsteuerung an, denn das Ende der Leitschicht ist der Ort, an dem das Feld die kontrollierte Geometrie des Kabels verlässt. Äußere Leitschichten werden entweder fest mit der Isolierung verbunden oder abziehbar ausgeführt, was die Vorbereitung auf der Baustelle erleichtert; die Ausführung sollte zu den im Projekt verwendeten Garnituren passen und im Datenblatt angegeben sein.
Wie sich Qualitätsprobleme zeigen
| Fehler | Wirkung | Wie er erkannt wird |
|---|---|---|
| Vorsprung von halbleitendem Compound in das XLPE | Örtliche Feldkonzentration | Teilentladungsprüfung; Inspektion von Scheibenproben |
| Hohlraum oder Spalt an der Grenzfläche Leitschicht-Isolierung | Teilentladung im Spalt | Teilentladungsprüfung nach IEC 60885-3 |
| Verunreinigung in der Isolierung | Schwachstelle unter Beanspruchung | Teilentladungs- und Spannungsprüfungen; Compound- und Prozesskontrolle |
| Ungleichmäßige Isolierdicke (Exzentrizität) | Höhere Beanspruchung auf der dünnen Seite | Messung der Isolierdicke an Proben |
| Falsche Leitschichtausführung für die Garnituren | Schwierige Montage; Fehler auf der Baustelle | Prüfung des Datenblatts vor der Bestellung |
Moderne Mittelspannungslinien extrudieren innere Leitschicht, Isolierung und äußere Leitschicht üblicherweise gemeinsam in einem Durchgang, damit die Grenzflächen ohne Verunreinigung oder Luft entstehen. Ein Werk, das die Schichten in getrennten Durchgängen aufbringt oder Compounds schlecht handhabt, hinterlässt eher Grenzflächenfehler. Der Desk betrachtet im Rahmen des Werksaudits die Extrusions- und Vernetzungslinie, die Compound-Lagerung und die Reinraumpraxis.
Manche Fehler werden erst Jahre später relevant. Ein kleiner Vorsprung oder eine Verunreinigung, die die Werksprüfungen besteht, kann im Betrieb zum Ausgangspunkt einer langsamen Alterung werden, besonders wo Feuchtigkeit die Isolierung erreicht. In nassem Boden kann XLPE unter elektrischer Beanspruchung sogenannte Wasserbäumchen bilden, feine verzweigte Pfade, die von Fehlstellen ausgehen und die Isolierung mit der Zeit schwächen. Saubere halbleitende Grenzflächen verringern die Zahl der Ausgangspunkte, und wo ein Projekt eine nasse Verlegung erwartet, ergänzen Spezifikationen oft eine Längs- oder Querwassersperre unter dem Mantel. Das ist eine Konstruktionsentscheidung des Planers, behandelt im Beitrag zur Wassersperre; die halbleitenden Schichten selbst können kein Wasser abhalten.
Stückprüfungen, die die Schichten belegen
Nach IEC 60502-2 durchläuft jede fertige Mittelspannungstrommel Stückprüfungen. Zwei hängen direkt mit den halbleitenden Schichten zusammen:
- Teilentladungsmessung: nach IEC 60885-3, mit einer üblicherweise spezifizierten Empfindlichkeit von 10 pC oder besser bei 1,73 U0. Ein sauberes Protokoll zeigt, dass Leitschichten und Isolierung frei von nennenswerten Hohlräumen und Vorsprüngen sind.
- Spannungsprüfung: 3,5 U0 für 5 Minuten gemäß der Stückprüfung nach IEC 60502-2. Sie bestätigt, dass die Isolierung einer Überbeanspruchung ohne Durchschlag standhält.
Auswahlprüfungen kontrollieren dann Isolierdicke, Exzentrizität und bei XLPE die Wärmedehnungsprüfung für die Vernetzung, während der Typprüfbericht längere elektrische und Alterungsprüfungen für die Konstruktion abdeckt. Der Beitrag zur Teilentladungsprüfung erklärt, wie die Teilentladung gemessen und gelesen wird, und die Seite zu Prüfung und Inspektion listet auf, was der Desk je Trommel sammelt.
Mittelspannungskabel mit diesem Wissen beschaffen
Die Spannungsklassen nach IEC 60502-2 reichen von 3,6/6 kV bis 18/30 kV. Der Katalog des Partnerwerks hinter unserer Mittelspannungsseite deckt Klassen bis 8,7/15 kV ab; höhere Klassen werden Werken mit den dafür nötigen Extrusionslinien, geschirmten Prüffeldern und Typprüfberichten zugeordnet. Für jeden Mittelspannungsauftrag bestätigt der Desk:
- Spannungsklasse und Konstruktion: Leiter, innere Leitschicht, XLPE-Dicke, Ausführung der äußeren Leitschicht (fest verbunden oder abziehbar), metallischer Schirm und Mantel.
- Abdeckung durch Typprüfung: ein Bericht, der dieselbe Spannungsklasse und einen vergleichbaren Querschnittsbereich abdeckt.
- Stückprüfprotokolle je Trommel: Teilentladung, Spannungsprüfung und Leiterwiderstand.
- Garnituren: dass die für das Projekt vorgesehenen Muffen und Endverschlüsse zur Leitschichtausführung und zu den Kabelmaßen passen.
Die Lieferzeit von Mittelspannungskabeln hängt von Kupferbuchung, Extrusionsslots und Stückprüfungen ab und wird je Auftrag schriftlich bestätigt; siehe die Seite zu MOQ und Lieferzeit. Senden Sie die Mittelspannungsliste über das Anfrageformular, mit den Plänen oder der Kabelspezifikation des Kunden im Anhang.